一种高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法技术

本发明专利技术公开了一种高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法，包括如下步骤：1)将路段等距离散化处理，构建信息采集点备选方案；2)记录一定时间间隔仿真平均速度，计算相邻两采集点速度差方差绘制方差曲线图；3)将相邻节点速度差方差最大的点移入采集点优化方案；4)在备选方案中删除该采集点及其相邻的采集点，构成新一组信息采集点备选方案；5)计算空间平均速度，估计初始方案路段行程时间t*；6)精度判断，迭代，若采集点路段估计行程时间t*与实测行程时间t相比得到|1-t*/t|≤5％，则满足精度要求停止迭代，否则返回步骤3)；7)重复步骤4)、5)、6)，直到精度满足要求，停止迭代；给出交通信息采集点优化方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高速公路交通信息采集
，涉及一种非等距多目标优化的高速 公路?目息米集点布局方法。
技术介绍
随着高速公路的发展，车流量的增加，相应的高速公路交通拥挤、交通安全和环境 污染等问题也逐渐表现出来。发达国家交通发展实践证明，发展ITS智能交通系统是解决 交通拥堵、减少交通事故、防止交通污染、提高交通管理水平的最有效的办法。先进的道路 交通管理系统ATMS作为ITS核心子系统，其核心功能是对道路交通状态进行识别、对道路 交通流进行控制、对紧急事件做出快速反应，从而实现缓解道路交通运行状态中的常发性 和偶发性交通拥挤，缩短出行时间，降低能耗，减少交通事故，提高交通管理水平，实现道路 交通社会效益与经济效益最大化。实现ATMS功能的前提是能够实时、准确地识别道路交通 运行状态，这就需要获得实时、准确的道路网络的动态交通流信息。 现在常用自动信息采集的方式获取动态交通流信息，常用的如检测器法，包括线 圈、红外、超声波、微波及视频检测技术，能够获得较为准确的断面交通流信息，如流量、速 度、占有率等，在此基础上，可进行拥挤检测、事件判断、行程时间估计。此类信息的精度和 可靠性与检测器性能、检测点密度及交通流的动态性及布设位置密切相关，需进行系统性 地协调与优化设计。因此，对如何最优布设信息采集点位置进行研究是十分必要的。 由于交通运行环境的复杂性、运行状态的不确定性使得交通仿真成为一种有效手 段应用于采集点的方案设计；预设采集点设置方案进而验证方案设计的合理性成为一种普 遍的研究思路，但是，该思路受经验影响，难以保证最终采用方案为最优方案；交通运行过 程中，由于道路条件和交通设施的变化，道路各截面发生拥挤的机会并不相同。现有的采集 点等距布设模式，满足同样的交通拥挤监控需要将浪费更多资源；未能针对交通运行不稳 定的路段进行针对性的布设，使现有的采集点设计方案对交通事件的反应不够敏感。 为克服上述方法的缺陷，本专利技术针对高速公路交通信息采集点优化问题，提出一 种非等距多目标优化的高速公路信息采集点布局新方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供了一种非等距多目标优化的高速公路交通信息采集点布局 方法，该方法以监控效果、检测精度、成本控制为优化目标，可在精度约束和成本约束作用 下找到信息采集点布局的最优化平衡。 技术方案：，该方法包括如下 步骤： 1)在微观仿真软件中构筑高速公路运行环境，从起点开始每隔50m间距设置一个 固定式采集点，共设置η个采集点，形成采集点备选方案{1，···，!!}; 2)基于步骤1)得到的采集点备选方案，每隔一定时间记录一次仿真平均速度，记 录若干次，第t次第i采集点处的平均速度记为诗，t e {1，…，12}; 计算每次记录的相邻两采集点速度差 t G {1，…，12}; 计算仿真时间内相邻两采集点速度差平均值计算方差 绘制方差曲线图，其中横坐标为备选采集点序号，纵坐标为方 差值； 3)基于步骤2)中速度差方差及方差曲线图，在采集点备选方案中取相邻节点速 度差方差最大的点加入米集点优化方案，编号记为j，j G {1，···，ρ}; 4)考虑到采集点覆盖范围为500米，因此在选定一个采集点时，采集点上下500米 距离将不会布设新的采集点，清除该点和由该采集点分别向上、向下推延的9个采集点的 速度差方差数据，剩下η-19组重新构成采集点备选方案，保留步骤2)中剩下η-19组数据， 作为新的方差曲线图； 5)基于步骤3)中得到的采集点优化方案，计算通过所选取的采集点断 面处所有车辆瞬时速度算数平均值，即时间平均速度（！!!为 仿真时间段内通过的车辆总数，通过的车辆编号记为k，k e {1，…，m};计算速 度方差根据时间平均车速与空间平均车速关系>计算空间平均车速^(以计算路段估计行程时间t% 6)精度判断，迭代：将步骤5)中计算得到的采集点路段估计行程时间C与实测行 程时间t相比，若得到I l-t7t I彡5%，则满足精度要求停止迭代；否则返回步骤3)，在新 的方差曲线图中搜寻方差最大的点加入采集点优化方案。 7)重复步骤4)、5)、6)，直到精度满足要求，迭代终止，给出信息采集点优化方案。 所述采集点为环形线圈。 所述一定时间为5分钟，所述记录次数为12次。 所述步骤4)中计算的路段估计行程时间如下：若p = 1，即信息采集点优化方案 中仅有一个采集点时：其中Lww为路段总长度；若p多1，即采集点优化方案中 有两个及以上采集点时，其中L(jlKj)为采 集点优化方案中的相邻两采集点距离，LWU)S路段起点至采集点优化方案中第一个采集 点的距离，采集点优化方案中最后一个采集点至路段终点的距离。 有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点： 传统方法一般采用等距布设模式，该布设方法满足同样的交通拥挤监控需要将浪 费更多资源；且未能针对交通运行不稳定的路段进行针对性的布设，使现有的采集点设计 方案对交通事件的反应不够敏感。本专利技术在方法中针对高速公路交通信息采集点优化问 题，提出多目标布局优化思路，全面考虑影响采集点布设的三个目标：拥挤检测的需要、分 析精度的需要和费用的约束。将路段离散化处理构成采集点备选方案，将相邻节点速度差 方差最大的点移入采集点优化方案，并在采集点备选方案中删除该采集点及其相邻的采集 点；估计采集点优化方案的路段行程时间，并与真实行程时间比较，不满足精度要求的，在 采集点备选方案中搜寻新的节点加入采集点优化方案，直到采集点优化方案的行程时间估 计精度满足要求。 本专利技术提出的高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法可将不稳定交通运 行位置纳入采集点的监控范围，通过迭代，可找到满足预测精度要求的最少采集点布设方 案。【附图说明】 图1为本专利技术高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法的流程图。 图2为尚速公路仿真环境不意图。 图3为各采集点断面的速度差方差曲线图。【具体实施方式】 下面进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本发 明的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于 本申请所附权利要求所限定的范围。 高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法，具体布局过程如下： 一、仿真方案设计与参数选择 选取道路通行能力手册HCM2000中高速公路系统算例为基础，构建微观仿真的基 本路网文件，如图2所示。 在VISS頂中构筑高速公路运行环境，以图2为例，长度共4. 95km，共有3个进口匝 道和2个出口匝道，主路3车道，匝道1车道，为便于计算，仅选择一个方向进行仿真。按照 50m间距在路段上布设检测器若干个，使之能监测到间距为50米的100个断面，每个断面设 置一个固定式采集点，形成采集点备选方案{1，一,100};在本专利技术中，采集点为环形线圈。 每隔5分钟记录一次仿真平均速度，记录1小时12次，第t次第i采集点处的平 均速度记为碎，t e {1，···，12};计算每次记录的相邻两采集点速度差i e {2,…，n}，t e {1，…，12};再计算仿真时间内相邻两采集点速度差平均值,绘制方差曲线图，其中横坐标为备 选采集点序号，纵坐标为方差值。 取相邻节点速度差方差最大的点加入米集点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)在仿真工具中构筑高速公路运行环境，从起点开始每隔50m间距设置固定式采集点n个，形成采集点备选方案{1,…,n}；2)每隔一定时间记录经过备选方案中在这段时间内各采集点处的车辆仿真平均速度，记录若干次，计算相邻两采集点速度差其中，t为记录次数，t∈{1,…,12}，i∈{1,…,n}，计算方差绘制方差曲线图；3)根据步骤2)中获得的方差曲线图，在采集点备选方案中选取方差最大的点加入采集点优化方案；4)考虑到采集点覆盖范围为500米，在选定一个采集点时，采集点上下500米距离将不会布设新的采集点，清除该点和由该采集点分别向上、向下推延的9个采集点的速度差方差数据，剩下n‑19个采集点重新构成采集点备选方案；5)根据步骤3)中得到的采集点优化方案，计算通过所选采集点处的时间平均速度m为仿真时间段内通过的车辆总数，通过的车辆编号记为k，k∈{1,…,m}；根据时间平均车速与空间平均车速关系计算空间平均速度计算路段估计行程时间t*；6)精度判断，迭代：将步骤5)中计算得到的采集点路段估计行程时间t*与实测行程时间t相比，若得到|1‑t*/t|≤5％，则满足精度要求，停止迭代；否则返回步骤3)；7)重复步骤4)、5)、6)，直到精度满足要求，迭代终止；给出信息采集点优化方案。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：过秀成，许秀，郭晶伟，王谷，张宁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32